JPS62250731A

JPS62250731A - 移動体用アンテナ装置

Info

Publication number: JPS62250731A
Application number: JP61095417A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Maeda; 忠彦前田; Motoharu Ueno; 上野　元治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-04-24
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1987-10-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は移動体用アンテナ装置に関する。

（従来の技術）移動無線通信においては、移動体の移動に伴なって電波
伝搬の状況が時々刻々と変化することによってフェージ
ングが発生し、通信品質の劣化が問題となる。このよう
なフェージングを軽減するための手法として、各種のダ
イパーシティ技術（指向性ダイパーシティ、空間ダイパ
ーシティなどがあり、さらにブランチの組合せ方式とし
て切換えダイパーシティあるいは合成ダイパーシティが
ある）が知られている。

このようなダイパーシティ技術の中で、切換えダイパー
シティは構成が簡単になるという利点がある反面、切換
えノイズ、切換え遅れ等が発生する問題がある。また、
合成ダイパーシティ方式は高いダイパーシティ効果が得
られるが、受信機が少なくとも２台必要となるため、装
置が人身りとなる。

一方、郊外地での通信品質を向上させるために、移動体
用アンテナとして絶対利得６ｄＢ程度の高利得アンテナ
を用いることが提案されている（文献１　：　Ｉ　Ｅ　
Ｅ　Ｅ　　Ｔｒａｎｓ、　ＶＴ２２．　ｏ、４．ｐＨ０
〜１１３．１９７３）。しかしながら、この手法は郊外
地においては有効であるが、市街地のように多重反射波
の多い所では有効でないことが指摘されている。

これは市街地においては移動体に対する電波の到来方向
がビル等の構造物による反射回折等により水平方向に集
中しなくなるからである（文献２：Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　　
Ｔ　ｒａｎｓ、　Ｖ　Ｔ　　２６．　ｏ、４．ｐ３４５
〜３４８、１９７７　）。すなわち、市街地においては
高利得アンテナで受信すると、電波が水平方向から到来
する場合には、受信電力は増加するが、それ以外の方向
から到来する場合には、逆に受信電力は減少してしまう
。このため、高利得アンテナを用いると低利得アンテナ
を用いた場合に比べて７エージングが深くなるという問
題がある。

（発明が解決しようする問題点〉このように従来の移動無纏通信技術では、郊外地および
市街地の両方において高い通信品質を確保することは困
難であった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、移動体が存在している位置の電波伝搬状況に最適
な指向性が得られ、郊外地および市街地の両方で良好な
通信品質を得ることができる移動体用アンテナ装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、垂直面内の指向性が切換え可能なアンテナを
用い、このアンテナの出力を受信する受信機の出力信号
からフェージングの状況を判定し、その判定結果に応じ
て垂直面内の指向性を切換えるようにしたものである。

（作用）本発明によると、移動体が例えば郊外地を移動している
ときは、アンテナは垂直面内の指向性が鋭く、水平方向
に対して高利得の状態となり、また多重反射の多い市街
地では垂直面内の指向性がブロードで、水平方向に対し
て低利得の状態となる。これにより郊外地でのサービス
エリア拡大が図られ、また市街地においては深いフェー
ジングの発生が防止されることで受信入力電力の最低レ
ベルが上昇する。

（実施例）第１図は本発明の一実施例に係る移動体用アンテナ装置
の構成図である。垂直面内の指向性が切換え可能なアン
テナ１と、このアンテナ１の指向性を制御するアンテナ
制御装置２と、このアンテナ制御装置２を介して入力さ
れた信号を受信し増幅および検波する受信！ｌ！３と、
この受信１１１３の受信出力を受けてフェージングの状
況を判定する判定回路４とにより構成され、判定回路４
の判定結果に従ってアンテナ制御ｌ装置２を介してアン
テナ１の垂直面内の指向性が制御される。

第２図は垂直面内の指向性が切換え可能なアンテナ１の
一構成例であり、４つの放射素子１１〜１４と、リアク
タンス素子１５と、第１図における判定回路４の判定結
果に従って制御されるスイッチ１６〜１８．１９ａ、１
９ｂと、整合器２０ａ、２０ｂとにより構成される。放
射素子１１゜１２の素子長は例えば５λ／１６、放射素
子１３の素子長は３λ／８、放射素子１４の素子長はλ
／４とする。但し、λは使用帯域における中心波長であ
る。

ここで、スイッチ１６．１７．１８が開いていると本ア
ンテナは素子長λ／４のモノボールアンテナとして動作
し、その垂直面内指向性は第３図（ａ）に示すようなブ
ロードな指向性となる。また、スイッチ１６，１７．１
８が閉じると、本アンテナは高利得モノボールアンテナ
として動作し、垂直面内指向性は第３図（ｂ）に示すよ
うになり、水平方向に対する利得が高くなる。スイッチ
１９ａ、１９ｂはスイッチ１６，１７．１８に連動して
同時に切換えられ、上記２つの動作状態に適合した整合
器２０ａ、２０ｂをそれぞれ介して出力として取出され
る。なお、スイッチ１６〜１８゜１９ａ、１９ｂとして
は、ダイオードスイッチあるいはリレー等を使用するこ
とができる。

前記の文献１によれば、郊外地における移動体に対する
基地局からの電波到来方向は水平方向から上方１８°ま
での範囲にほぼ集中する。このため、郊外地においてア
ンテナ１の垂直面内の指向性を水平方向に対して強くす
ることは、受信入力電力増大の有効な手段となる。そこ
で、判定回路４によってフェージングの状況を判定し、
それが郊外地型の場合にはスイッチ１６．１７．１８を
閉じ、高利得アンテナとして動作させる。また、フェー
ジングの状況が多重反射の多い市街地型の場合には、ス
イッチ１６，１７．１８を開き、素子長λ／４の低利得
アンテナとして動作させることにより、フェージングの
深さを少なくし、受信入力電力の最低レベルを上昇させ
る。

第４図はこのような判定を行なう判定回路４の具体例で
あり、受信Ｔａ３からの信号は受信入力電力検出部２１
に入力される。受信１３がＡＧＣ回路を内蔵している場
合は、この受信入力電力検出部２１は不要であり、ＡＧ
Ｃ出力をそのまま判定回路４の入力とすればよい。受信
入力電力検出部２１からの出力は、平均値検出回路２２
および比較回路２３に入力される。受信入力電力検出部
２１の出力をａ、平均値検出回路２２の出力をｂとし、
閾値電圧をＣとすると、比較回路２３はクロック発生器
２７からクロックパルスが与えられる毎にａ、ｂを比較
し、ｌ　ａ−ｂ　Ｉ≧Ｃの場合はパルスｄを１個出力し
、１ａ−ｂｌ＜ｃの場合はパルスｅを１個出力する。パ
ルスｄ、ｅはそれぞれカウンタ２４，２５に入力され、
カウントされる。カウンタ２４．２５の出力は演算回路
２６に入力される。演算回路２６はタイマー回路２８に
より設定される一定時間毎に判定結果りを圧力する。す
なわち、例えば判定基準をｋとしてｆ／（ｆ＋ｇ）＜ｋ
ならば、受信入力電力の分散が少ないためフェージング
が郊外地型であると判定され、またｆ／　（ｆ＋ｃＮ　
＞ｋならば、分散が多いためフェージングが市街地型で
あると判定される。

なお、平均値検出回路２２．カウンタ２４，２５および
演算回路２６はタイマー回路２８によって一定時間毎に
リセットされる。

第１図におけるアンテナ制ｍ＋装置！２は判定回路４か
らの上記判定結果りに基づいて、アンテナ１の垂直面内
指向性を前述のごとく制御する。

以上のようにすることにより、郊外地および市街地の両
方において通信品質の向上を図ることができる。すなわ
ち、郊外地においては高利得アンテナとして動作するこ
とによって通信品質が向上し、また多重反射の多い市街
地では低利得であるが水平面内の指向性がブロードとな
って、深い）エージングの発生が防止されることにより
、受信入力電力の平均レベルが上昇し、通信品質の向上
が図られる。

また、特に構造物の少ない郊外地では通信員も少なく、
それに伴なって無線基地局の数も少なくなるため、それ
だけ一つの基地局に対するサービスエリアは広くとれる
ことが望ましい。この意味からも市街地での通信品質を
確保しながら郊外地でのサービスエリアを拡大できる本
発明の方式は合理的といえる。しかも、本発明において
アンテナの垂直面内指向性を切換える時間間隔は、切換
えダイパーシティよりも十分大きくとれるため、切換え
ノイズの問題も同時に解消されるという利点がある。

なお、上記実施例では１ｔＩｉのアンテナを用い、その
垂直面内指向性を切換えるようにしたが、垂直面内指向
性の異なる２組のアンテナを用意し、その出力を判定回
路４の判定結果に従って切換えてもよい。その場合、ア
ンテナの構成が簡略化される。

また、フェージングの状況を判定する判定回路４の構成
も種々のアルゴリズムによるものが考えられる。判定回
路４をアナログ回路で構成することも可能である。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、受信信号の
相関が少なくなるように設置された複数のアンテナ３１
ａ、３１ｂの−っの出力を、制御−回路３４により制御
される切換え回路３２で選択して受信機３３に供給する
切換えダイパーシティ受信方式の移動体用アンテナ装置
において、移動体の移動速度に応じた信号を発生する速
度信号発生回路３５を設け、この速度信号発生回路３５
の出力によって制御回路３４におけるｌ１ｌｌ［電圧を
可変するようにしたものである。

移動無線通信においては、移動体の移動速度に応じてフ
ェージング周期（フェージング周波数）が大きく変化す
る。すなわち、フェージング周期の最小値Ｔｆ　　（最
大フェージング周波数Ｆｆ）は、使用する電波の周波数
をｆｃ、光速をＣ９移動体の移動速度を■とすると、Ｔ
ｒ　＝Ｃ／　（２ｆｃ　ｖ）（Ｆｆ　＝２ｆｃ　ｖ／Ｃ
）となる。第６図は、この関係をいくつかの例について
計算した結果を示したものである。この第６図かられか
るように、通常の自動車の速度（車速）変化Ｏ〜１１０
０ｋ／ｈに対応して、フェージング周波数はＯ〜１５０
Ｈｚ　　（使用する電波の周波数を８００ＭＨｚと仮定
する）の範囲にねたり橿めて大幅に変化する。

従来の切換えダイパーシティ受信方式においては、アン
テナ出力の切換え周期はフェージング周期に対応して予
め設定された閾値電圧Ｅｒによって変化する。このよう
なプリセット型切換えダイパーシティ受信方式における
アンテナ出力切換え動作を第７図により説明する。図に
おいて、ｒｌ。

ｒ２は２つのアンテナの受信電圧を示す。同図（ａ）に
示すように、予め設定された同値電圧Ｅｒａが平均受信
電界に対して比較的大きく設定された場合を考える。こ
の場合、図かられかるようにアンテナ出力の切換えが頻
繁に行なわれる結果となる。ここで、切換え周波数とし
てフェージング周波数の２倍程度を仮定すると、自動車
の車速ｖが４０ｋｍ／ｈでは切換え周波数は１００Ｈ２
程度であり、これは可聴周波数帯域内でも極く低い周波
数であるから、通常の音声通信では問題とならない。し
かしながら、車速が例えばＶ−１００ｋｍ／ｈになると
、切換え周波数は３００Ｈｚとなり、音声通信において
はクリック雑音となって現われ、通信品質を著しく劣化
させる要因となる。但し、この場合においてアンテナ出
力の切換えに要する時間（切換え遅延時間）は大ぎくて
よく、このことは切換え回路およびその制御回路は低速
動作のものでよいから装置Ｉ成上からは好ましい。

一方、第７図（ｂ）に示すように閾値電圧Ｅｒｂを予め
小さめに設定した場合を考えると、この場合は因に示す
ようにアンテナ出力の切換え周波数はフェージング周波
数と同程度か、より小さくなる。従って、クリック雑音
の発生による通信品質の劣化は比較的少ないが、アンテ
ナ出力の切換えを極めて高速に行なう必要がある。すな
わち、切換え遅延時間を短くする必要があり、それに伴
ない切換え回路および制御回路に高速動作のものを使用
する必要が生じ、装置構成上不利となる。

第８図は上述のプリセット型切換えダイパーシティ受信
方式における閾値電圧Ｅｒと、必要なアンテナ出力の換
え時間、および発生するクリック雑音の周波数とフェー
ジング周波数との比の関係を車速Ｖｌ　、　Ｖ２　　（
ｖｓ　＞Ｖ２　）の場合について示したものである。図
に示すように、この方式においては予め設定された閾値
電圧Ｅｒａ、Ｅｒｂに対応して、必要なアンテナ出力切
換え時間、およびクリック雑音周波数／フェージング周
波数の比は、それぞれ線Ａ、Ｂ上を移動する。

このように切換えダイパーシティ受信方式の移動体用ア
ンテナ装置においては、同値電圧の設定は重要な問題で
ある。この設定は多くの要因を考慮して行なわれる。例
えばその設定法は文献３：Ｗｉｌｌｉａｍ、　Ｃ，Ｊａ
ｋｅｓ、　Ｊｒ　　（Ｅｄｉｔｅｄ　。

“Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ。

”Ｗ　ｉ　Ｉｅｙ、　１９７４．　Ｎ　ｅｗ　　Ｙ　ｏ
ｒｋに記載されている。

しかしながら、プリセット型切換えダイパーシティ受信
方式では、上述の問題点を全て解決することはできず、
多くの技術的妥協により閾１１１！圧を設定していたの
が実情である。

一方、プリセット型ダイパーシティ受信方式の上記した
欠点を解決するため、特開昭５９−２４５６９＠公報に
閾値電圧を変化させる方式が開示されている。この方式
では閾値電圧を受信信号レベルに応じて変化させており
、それにより全体としての受信信号レベルを高く保つこ
とを可能にしている。しかしながら、これに伴なって高
い周波数成分を有するクリック雑音の発生する確率もま
た高くなる。さらに、この方式ではアンテナ出力の切換
えアルゴリズムが複雑であり、それに伴ない装置の複雑
化を招くので、経済性が重要視される移動無線通信にお
いては、大きな問題となる。

第５図に示した実施例によれば、移動体の移動速度に応
じて［ｌｉｌ電圧を変化させることにより、上述した切
換えダイパーシティ受信方式における問題点が解決され
る。すなわち、閾値電圧を例えば移動体の移動速度Ｖに
逆比例するように変化させる。このときの動作を第８図
と同様な関係を表わした第９図に示す。同図に示した動
作線Ｃは本実１１Ｍに基づく動作例である。図に示すよ
うに、閾値電圧は許容される範囲Ｅｒａ−Ｅｒｂの間を
移動体の移動速度に逆比例して可変される。これに対応
する必要なアンテナ出力切換え時間は、閾値電圧をＥｒ
ｂに固定した時に比較して大きく設定することができ、
またクリック雑音周波数は閾値電圧をＥｒａに固定した
時のそれに比べ大幅に低減される。

なお、上記実施例において速度信号発生回路３５は例え
ば第１０図に示すように、単位時間内のパルス数が移動
体の移動速度に比例するパルス列を発生するパルス発生
器４１と、その出力を平均化する低域フィルタ（ＬＰＦ
）４２によって実現することができる。また、自動車等
に漏えられている速度検出器の出力を速度信号発生回路
３５の出力に代えて使用することも可能である。

このように本実施例によれば、移動体の移動速度により
発生するクリック雑音周波数を比較的低周波に、すなわ
ち可聴周波数内に発生することを防止できる。特に、閾
値電圧を移動体の速度に逆比例させることで、高速移動
体の移動時においてもクリック周波数と実際に発生する
クリック雑音周波数を比較的小さく抑えることができ、
移動体の高速時において問題となる可聴クリック雑音の
発生を効果的に抑制することができる。

また、一般にクリック雑音の発生を抑圧することに伴な
って必要とされる短いアンテナ出力切換え時間が不要と
なり、従って第５図における切換え回路３２およびｉ制
御回路３４としては、比較的低速動作の簡単なものを使
用することが可能となり、装置構成上およびコスト面で
有利となる。

第５図の実施例ではアンテナが２つの場合を示したが、
３つあるいはそれ以上であってもよい。

また、受信状態を判定する検出回路を別に備えた切換え
ダイパーシティ受信方式においても同様に実施すること
ができる。

第１１図は本発明のさらに別の実施例であり、３つのア
ンテナ３１８〜３１Ｃと、３つの切換え回路３２８〜３
２ｃを備えている。第１１図において、仮に切換え回路
３２ａおよび３２Ｇを介してアンテナ３１ａが受信回路
３３に接続されているとする。その場合、制御回路３４
は切換え回路３２ｂを制御して他の２つのアンテナ３１
ｂ。

３１Ｃの出力を逐次切換え、予め設定された閾値電圧以
上の出力を持つ方の出力を選択し、それを切換え回路３
２ｂの出力として保持させる。例えばアンテナ３１ｂの
出力が切換え回路３２ｂで保持されたとする。この状態
で、□仮にフェージングにより受信機３３に接続されて
いるアンテナ３１ａの出力が低下したとすると、制御回
路３４は切換え回路３２ｂを介して保持しているアンテ
ナ３１ｂの出力を受信機３３に切換えて接続する。

これによりフェージングによる影響が除去され、通信が
確保される。以下、同様に１ｌｉｌｌｔｌ１１回路３４
．は今度はアンテナ３２ｂの出力を除く２のつアンテナ
３１ａ、３１ｃの出力のうち閾１１１１１ｉ圧以上の出
力を切換え回路３２ａを介して保持し、アンテナ３２ｂ
の出力が低下したとき、その保持していアンテナ出力を
受信機３３に接続し直すことになる。

本実施例においても、制御回路３４における同値電圧は
速度信号発生回路３５からの信号により可変制御される
。

［発明の効果］本発明によれば、郊外地においては垂直面内の指向性が
鋭く、水平方向に対して高利得の状態となることにより
高い通信品質が得られるとともに、サービスエリア拡大
が図られ、また多重反射の多い市街地では垂直面内の指
向性がブロードで、水平方向に対して低利得の状態とな
ることによって深いフェージングが防止され、受信入力
電力の癩低レベルが上昇するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る移動体用アンテナ５Ａ
置の構成図、第２図は同実施例における垂直面内指向性
が切換え可能なアンテナの構成図、第３図（ａ）（ｂ）
は同アンテナの２種の垂直面内指向性パターンを示す図
、第４図は同実施例における判定回路の具体的構成例を
示す回路図、第５図は本発明の他の実施例の構成図、第
６図は移動体の移動速度（車速）とフェージング周波数
との関係を示す図、第７図はプリセット型ダイパーシテ
ィ受信方式の動作説明図、第８図はプリセット型ダイパ
ーシティ受信方式における閾値電圧と必要なアンテナ出
力切換え時間およびクリック周波数とフェージング周波
数の比との関係を示す図、第９図は同実施例における１
ＩｌｌＩＩ電圧と必要なアンテナ出力切換え時間および
クリック周波数とフェージング周波数の比との関係を示
す図、第１０図は同実施例における速度信号発生回路の
構成例を示す図、第１１図は本発明のさらに別の実施例
の構成図である。１・・・アンテナ、２・・・アンテナ制御装置、３・・
・受信機、４・・・判定回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第５図０　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　　　　
　　１１００ｋ／ｈ車速■ 第６図第７図第８図閾値電圧→小　　　５第９図

Claims

【特許請求の範囲】

垂直面内の指向性が切換え可能なアンテナと、このアン
テナの出力を受信する受信機と、この受信機の出力信号
からフエージングの状況を判定し、その判定結果に応じ
て前記アンテナの垂直面内の指向性を切換える手段とを
備えたことを特徴とする移動体用アンテナ装置。